弗莱明是最早的细胞学家之一，也是第一个详细研究染色体在有丝分裂或细胞分裂过程中如何移动的人。卡尔·纳格利（Carl Nageli）在大约四十年前就观察到了分裂细胞，但他将有丝分裂的证据误解为他观察到的死细胞中的异常现象。弗莱明观察到蝾螈胚胎中的细胞分裂，其中细胞以固定的间隔分裂。他开发了一种对染色体进行染色以清楚地观察它们的方法。
最终，弗莱明在1882年出版的一本书中描述了有丝分裂的整个过程，从染色体加倍到它们均匀地分裂成两个产生的细胞。他的术语，如前期、中期和后期，仍然被用来描述细胞分裂的步骤。他的工作帮助形成了染色体遗传理论的基础。
